1550nm共聚焦显微镜研制和单光子计数器计数模型研究

发布时间：2017-10-26 09:32

  本文关键词：1550nm共聚焦显微镜研制和单光子计数器计数模型研究

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【摘要】：随着激光,计算机,自动化技术日新月异的发展,显微成像技术也取得了长足的进步。共聚焦显微镜技术则因其独特的快速扫描成像能力和成像分辨率等方面的优点,在生物医学和工业、半导体、电子样品检测等领域都有非常重要的应用和发展前景。本文的主要研究目的是搭建并调试一套基于1550 nm波长激光光源的共聚焦显微镜系统,应用该系统对相关样品进行成像。并且对一类半导体光子计数器的计数原理展开探究和数学建模,分析出该光子计数器的计数原理并设计实验加以验证。展开的具体工作有：(1)分析共聚焦显微镜的成像原理,利用菲涅尔衍射函数和瑞利判据分析系统的成像分辨率,建立初步的共聚焦显微镜设计思路；(2)对共聚焦显微镜系统的光路组成,电路模块,机械结构进行设计,选购定制相关部件模块,搭建出基于二维扫描振镜实现对样品表面进行快速扫描的共聚焦显微镜系统；(3)设计X方向利用锯齿波信号实现快速扫描,Y方向利用步进方波信号实现入射光线偏转的扫描方案,利用Labview图形化编程软件编写驱动控制程序,实现共聚焦显微镜系统自动化扫描成像。(4)对搭建完成的共聚焦显微镜系统进行实验测试成像,并且对成像的各项数据指标进行分析。系统的主要数据指标如下：(Ⅰ)工作波长：1550nm；(Ⅱ)成像速度：3.2秒每幅；(Ⅲ)系统光学分辨率：0.9,um；(Ⅳ)扫描步进长度：纵向60 nm,横向1.5μm.对于光栅测试靶250线对/mm部分可以完美成像；(V)光传输效率：理论计算值：5.6%,实验测量值：3%；(Ⅵ)扫描控制：利用计算机和控制模块实现全自动控制测量；(5)共聚焦显微镜系统中使用InGaAs半导体光电探测器作为其光信号收集处理装置,InGaAs半导体单光子探测器具备探测性能强,集成度高等优势,在光谱分析和量子通信等领域有广泛的应用。以ID Quantique公司出品的ID-201半导体单光子计数器为研究对象,结合计数器核心部件雪崩光电二极管及其控制电路的工作原理探究其计数光子时的内部过程,推导出每秒钟光子计数值和该计数器几个重要参数触发频率(trigger frequency),门脉冲宽度(gate width),门强制关闭时间(dead time),探测效率(detection efficiency)之间的数学表达式。在求解完表达式之后,利用1550nm激光器作为ID-201的输入光源,在各种不同实验条件下,对该表达式的正确性进行了检验。
【关键词】：共聚焦显微镜 扫描振镜 Labview 单光子计数器 计数原理
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH742;TH724
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 共聚焦显微镜系统简介9
• 1.2 共聚焦显微镜的发展历史9-10
• 1.3 共聚焦显微镜的成像原理10-13
• 1.4 共聚焦显微镜系统成像分析13-17
• 1.5 常用共聚焦显微镜类型和简介17-19
• 1.6 共聚焦显微镜系统的应用和前景展望19-20
• 1.7 本文主要研究内容20-21
• 第二章 共聚焦显微镜系统整体介绍21-36
• 2.1 共聚焦显微镜系统整体介绍21
• 2.2 共聚焦显微镜系统光路分析21-23
• 2.3 共聚焦显微镜系统入射光路23-24
• 2.4 共聚焦扫描振镜扫描光路24-33
• 2.4.1 扫描振镜24-27
• 2.4.2 扫描透镜(f-theta)27-28
• 2.4.3 套筒透镜(tube-lens)28-29
• 2.4.4 扫描光路原理介绍29-31
• 2.4.5 扫描振镜驱动模块31-32
• 2.4.6 数据采集卡32-33
• 2.5 共聚焦显微镜收集光路33-36
• 第三章 基于Labview的驱动软件设计36-47
• 3.1 Labview图形化编程软件介绍36
• 3.2 软件部分设计总体介绍36-37
• 3.3 软件模块介绍37-42
• 3.3.1 扫描振镜模块实现简介37-39
• 3.3.2 扫描振镜驱动电压波形39-42
• 3.4 数据采集和图像恢复模块程序简介42-46
• 3.4.1 波形产生和模拟电压数据采集程序设计42-44
• 3.4.2 数据循环采集程序设计44-45
• 3.4.3 数据存储程序设计45
• 3.4.4 数据恢复为二维图像程序设计45-46
• 3.5 软件设计部分小结46-47
• 第四章 共聚焦显微镜系统的调试应用47-55
• 4.0 整体介绍47
• 4.1 系统搭建47-48
• 4.2 系统调试48-49
• 4.3 扫描过程49
• 4.4 实验测量49-53
• 4.5 性能分析53-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第五章 ID-201光子计数器计数模型分析和实验验证55-68
• 5.1 ID-201半导体光子计数器简介55-57
• 5.2 光子计数数学模型的建立和修正57-63
• 5.3 光子计数数学模型的实验验证63-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 结论68-70
• 参考文献70-72
• 致谢72-73

【参考文献】

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本文编号：1098084